Материал: А27878 Андреев АК Материалы для низкотемпературной техники

Еще одним требованием, предъявляемым к связующим, является их высокая технологичность, возможность изготовления крупногабаритных изделий методами, обычно используемыми при изготовлении изделий из полимерных композитных материалов (намоткой, пропиткой под давлением, прессованием, выкладкой и др.).

Одним из наиболее существенных недостатков полимерных композитных материалов является сравнительно низкий уровень максимальной температуры эксплуатации, который ограничен теплостойкостью полимерной матрицы и составляет 50–80 °С для полиэфирных материалов, 100–200 °С для эпоксидных, 120–200 °С для фенольных. Кремнийорганические связующие обеспечивают работоспособность материалов примерно до 300 °С, но из-за малой прочности получаемых из них материалов, составляющей не более 200 МПа при 20 °С, редко применяются в качестве конструкционных материалов.

По типу применяемого волокна конструкционные пластики классифицируют на стеклоплатики, органопластики, углепластики, боропластики, поливолокнистые (гибридные) пластики, представляющие собой сочетание в одной полимерной матрице двух и более разнородных волокон.

По типу используемой формы армирующего наполнителя конструкционные композитные материалы делят на пластики на основе дискретных волокон, непрерывных жгутов или нитей, тканей и лент различного плетения.

Основу всякого реактопласта составляет химически затвердевающая термореактивная смола – связующее вещество. Кроме того, в состав реактопластов входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители и растворители. Наполнителями могут быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы. В качестве порошковых наполнителей используют молотый кварц, тальк, графит, древесную муку, целлюлозу. К пластмассам с порошковыми наполнителями относятся фенопласты (ГОСТ 5689–79) и аминопласты (ГОСТ 9359–80). Из них изготавливают несиловые конструкционные и электроизоляционные детали (рукоятки, детали приборов, кнопки и т. д.), различные вытяжные и формовочные штампы, корпуса сборочных и контрольных приспособлений, литейные модели и другую оснастку.

246

Фенопласты (бакелиты, фенолоформальдегидные смолы) изготавливаются в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.14.

Впервые наполненный полимер – бакелит – начал производить доктор Бейкеленд (Leo H. Baekeland, США), открывший в начале ХХ в. способ синтеза фенолоформальдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола – вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности древесной муки, к смоле до ее затвердевания увеличивает ее прочность. Созданный им материал – бакелит приобрел большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя – пресспорошок под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916 г., это была ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс».

Рис. 5.14. Схема изготовления фенопластов

Данный тип пластмасс относится к термоупрочняемым пластмассам. Неупрочненные смолы получают при поликонденсации фенола с формальдегидом. Существует два основных типа фенолоформальдегидных смол – новолаки и резолы.

Неотвержденная новолаковая смола имеет структуру типа

247

n

а неотвержденная резоловая смола – типа

Ряд свойств полимерных связующих фенопластов приведен в табл. 5.41.

Таблица 5.41

Свойства термореактивных полимерных связующих

248

Для получения пластмассы с хорошими потребительскими свойствами в новолаки добавляют субстанцию (обычно уротропин), которая при нагревании разлагается с выделением формальдегида. Формальдегид, добавляемый к новолаковой смоле, образует упрочняющиеся гидроксиметильные группы. Упрочнение термопластов в основном проводится в интервале температур 140–180 °С, но благодаря соответствующим добавкам кислот некоторые резолы можно отвердить уже при 25 °С.

Резолы получают в спиртовых средах, применяя избыток формальдегида. Продукт содержит гидроксиметиленовые группы. Во время нагревания происходит необратимое упрочнение (реакция образования сетчатой структуры), поэтому резолы прессуют

вформах. Упрочненные фенолоформальдегидные смолы чаще носят название бакелитов. Данная пластмасса хорошо обрабатывается механически – инструментами для обработки металла и может подвергаться полированию. Бакелит из новолака имеет большую термостойкость (100–150 °С), чем бакелит из резола, но худшие диэлектрические свойства.

Бакелит трудногорюч, а после извлечения из пламени сразу гаснет. Горящий бакелит дает желтый цвет пламени, коптящий –

взависимости от вида наполнителя. Остаток, извлеченный из пламени, твердый, разбухший, потрескавшийся и обугленный. В процессе горения выделяются фенол и формальдегид с характерным запахом.

Бакелит стоек к воздействию разбавленных кислот и щелочей, а также большинства органических растворителей. Для склеивания треснутых бакелитовых изделий можно применять нитроцеллюлозные клеи или жидкие фенольные смолы.

Фенопласты предназначены для производства: армирован-

ных и неармированных изделий конструкционного назначения, к которым предъявляются повышенные требования по механической прочности; электроизоляционных изделий; изделий слаботочной и радиотехнической аппаратуры; деталей автомобильного и тракторного электрооборудования и т. п. Из бакелита также изготавливают изделия галантереи (пуговицы, пепельницы), электротехнические элементы (вилки, розетки), корпуса радио- и телефонных аппаратов, детали стиральных машин, защитные шлемы, корпуса аккумуляторов, лаки, клеи.

249

В зависимости от состава, свойств и назначения фенопласты делятся на типы, группы и марки. В условное обозначение марки фенопласта входят: название материала, обозначения группы, смолы, наполнителя и цвета (при необходимости) в соответствии

склассификатором промышленной продукции. В основном фенопласты подразделяются на фенопласты общего назначения, фенопласты специальные безаммиачные (табл. 5.42 и 5.43), которые, как правило, применяются для изготовления деталей конструкционного назначения, в частности деталей низкотемпературной техники, электроизоляционные фенопласты, влаго- и химически стойкие фенопласты, ударопрочные и жаростойкие фенопласты.

Прессование деталей из фенопластов проводится по следующим режимам: для групп 02, 03 – (185 ± 5) °С ; для групп Сп1, СпЗ – (165 ± 5) °С; время прессования – от 0,5 до 3 мин/мм толщины образца.

Особое место при производстве деталей и изделий низкотемпературного назначения занимает пресс-материал АГ-4, получаемый на основе модифицированного фенолоформальдегидного связующего и наполнителя (стеклянных нитей); предназначен для изготовления прямым, литьевым прессованием, а также намоткой

споследующим отверждением деталей (изделий) конструкционного и электротехнического назначения повышенной прочности, пригодных для работы в интервале температур от –196 до 200 °С.

250